CN103268945A - 一种液流电池用双极性电极及其制造工艺 - Google Patents

一种液流电池用双极性电极及其制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液流电池用双极性电极及其制作工艺，该电极包括设有空腔的柔性边框，安装于空腔内的双极板，以及通过胶水层粘贴于双极板二侧的碳毡层。本发明简化了电池的装配操作工艺，提高了电池的密封性能，且降低了制造成本。

Description

一种液流电池用双极性电极及其制造工艺
技术领域
本发明涉及电池技术领域，更具体的说，特别涉及一种液流电池用双极性电极及其制作工艺。
背景技术
双极性电极经常用在液流电池（钒电池）中，这种电极要具备三个功能，一是作为电池的正极，二是作为电池的负极，三是把液态的正极电解液和负极电解液分隔开，不能发生电解液的渗漏。
目前，双极性电极有两种解决方案，一种是普遍采用的技术，即是通过分别制造出导电的双极板，在装配电池时，通过物理压紧的方式，将碳毡-双极板-碳毡紧压在一起，组成双极性电极，但是其存在的缺点是：由于是由三块以上材料的组合，导致组装电池的复杂性和难度加大，同时碳毡和双极板的接触电阻较大，尤其是随着时间增长，长期浸泡在电解液中的碳毡弹性会下降，导致接触电阻的逐渐增大，使电池的性能衰减。另一种是在制造双极板的过程中，通过粘接等方式把碳毡粘接到双极板上，组成一体化的双极性电极，其减少了组装电池的难度，使得接触电阻的变化也可以得到改善，是研究开发的方向，但技术尚未成熟。同时对于钒电池等液流电池而言，液流框是必须的电池部件，电解液通过液流框的流道流入和/或流出双极性电极，必须解决的问题是液流框和双极板之间的密封，现有通常采用密封圈等方式密封，这样需要专门设计密封圈，进一步增加了电池的制造成本。
发明内容
本发明的第一目的在于针对现有技术中存在组装复杂、电池使用寿命短以及制造成本高的技术问题，提供一种液流电池用双极性电极。
本发明的第二目的在于提供一种液流电池用双极性电极的制作工艺。
一方面，为了解决以上提出的第一问题，本发明采用的技术方案为：一种液流电池用双极性电极，其包括设有空腔的柔性边框，安装于空腔内的双极板，以及通过胶水层粘贴于双极板二侧的碳毡层。
根据本发明的一优选实施例：所述柔性边框的材料为PVC，所述双极板是以PVC网为支撑骨架的涂胶层；所述柔性边框的厚度为0.1~1mm，所述双极板的厚度为0.1~1mm。
根据本发明的一优选实施例：所述双极板和二侧胶水层的总厚度为1~3mm。
根据本发明的一优选实施例：所述碳毡层的厚度为3~6mm。
根据本发明的一优选实施例：所述胶水层为导电胶水，该导电胶水是石墨粉、PVC胶水和万能胶水按照重量比为8：20：1~8:200:20混合后高速搅拌所得，且该石墨粉的规格为325目、800目、1200目或2000目。
另一方面，为了解决以上提出的第二问题，本发明提供了一种液流电池用双极性电极的制作工艺，其包括以下步骤：
S1、提供具有空腔的柔性边框；
S2、提供与所述空腔大小一致的双极板；
S3、将所述双极板粘贴于柔性边框的空腔内；
S4、制作导电胶水；
S5、将所述导电胶水涂在所述双极板的二侧，形成胶水层；
S6、提供与所述双极板大小一致的碳毡；
S7、将所述碳毡粘贴在所述双极板二侧的胶水层上，形成碳毡层。
根据本发明的一优选实施例：所述步骤S1和步骤S2中的柔性边框的材料为PVC，所述双极板是以PVC网为支撑骨架的涂胶层；所述柔性边框的厚度为0.1~1mm，所述双极板的厚度为0.1~1mm。
根据本发明的一优选实施例：所述步骤S5中双极板和二侧胶水层的总厚度为1~3mm。
根据本发明的一优选实施例：所述步骤S7中碳毡层的厚度为3~6mm。
根据本发明的一优选实施例：所述步骤S4中的导电胶水是石墨粉、PVC胶水和万能胶水按照重量比为8：20：1~8:200:20混合后高速搅拌所得，且该石墨粉的规格为325目、800目、1200目或2000目。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明制作出了一体化的双极性电极，与现有的将二张碳毡紧压在双极板两边得到的双极性电极相比，具有简化装配操作工艺的优点，同时在电池长期使用中可以减少或避免电池性能衰减的风险；
2、本发明采用柔性塑料边框，既是一体化双极性电极的结构材料，同时也是装配电池时的密封圈，可以大大简化液流电池的液流密封框的设计方案，减少或不再使用O-型环，提高了电池的密封性能，节约了电池的制造成本。
附图说明
图1所示为本发明中柔性边框和双极板的结合图。
图2所示为本发明的液流电池用双极性电极的平面结构图。
图3所示为本发明的液流电池用双极性电极的侧面结构图。
图4所示为本发明的液流电池用双极性电极的制作工艺流程图。
附图标记说明：10、柔性边框，20、空腔，30、双极板，40、胶水层，50、碳毡。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
参阅图1-图3所示，本发明提供一种液流电池用双极性电极，其包括设有空腔20的柔性边框10，安装于空腔20内的双极板30，以及通过胶水层40粘贴于双极板30二侧的碳毡层50。
较佳的，本实施例中的柔性边框10的材料为PVC，双极板30为PVC网；柔性边框10的厚度为0.1~1mm，双极板30的厚度为0.1~1mm，且该柔性边框10的厚度与双极板30的厚度一致。双极板30和二侧胶水层40的总厚度为1~3mm。碳毡层50的厚度为3~6mm。胶水层40为导电胶水，且该导电胶水是石墨粉、PVC胶水和万能胶水按照重量比为8：35：5~8:200:20中任意比率混合后高速搅拌所得，且选用的石墨粉规格可以为 325目、800目、1200目或2000目。（采用上述的表述更加符合专利法中关于权利要求书得到说明的支持）
下面再结合图4具体介绍本实施例中液流电池用双极性电极的制作工艺。
1、柔性边框10的制作：购买PVC膜，规格为：厚度0.2mm，幅宽2m，长度20m；然后裁切PVC膜，尺寸为300mm X 300mm，并从中部裁出200mmX 200mm的PVC膜空腔，留下PVC边框备用，形成如图1中的柔性边框10，总共剪裁40张。
2、双极板30的制作：购买PVC网，规格为：厚度0.2mm，幅宽1.5m，长度20m；然后裁切PVC网，尺寸为200mm X 200mm，共剪裁40张，再将该剪裁后的PVC网粘接到PVC边框里，如图1所示，总共粘接40张。
3、导电胶的配置：按照每8克石墨粉，添加35克PVC胶水和5克万能胶水的比例混合后高速搅拌混匀，总共制得导电胶5千克，备用。且该导电胶形成了连续均匀相，加盖后，室温条件放置6个月，未发生物理化学性能的改变，简单搅拌后即可继续使用，可采用喷涂、刷涂等工艺进行操作，也可考虑将来用于打印工艺制作柔性电极或者柔性电池，这样用该导电胶制作的双极板，具有一定柔性，连续20次弯折5度不发生开裂，适用于紧装配的结构中，双极板导电性能良好，当用本发明的导电胶把双极板与碳毡粘结成电极后，电阻约20 mΩ~48 mΩ。
4、导电双极板的制作：将自制的导电胶涂布在PVC网上（即形成胶水层40），具体为分3次在两面涂布，保证表面的平整，在导电胶干燥成型后，形成具有柔性PVC塑料边框的导电双极板，且双极板的厚度为1.5毫米，结构如图3所示。5、碳毡层的形成：购买碳毡，规格为：厚度4mm，幅宽2m，长度20m。裁切该碳毡，尺寸为200mm X 200mm，共78张。并用上述自制的导电胶将碳毡与双极板粘在一起，其中76张碳毡分别粘在38片双极板的两面，做出38片双极性电极，另外2张碳毡分别粘在2张双极板的其中1面，做出2张单电极。并且采用3电极测试体系对双极性电极进行电阻测试，电阻值为20 mΩ~48 mΩ。
最后，采用38片双极性电极和2片单电极，安装在钒电池堆中，并将钒电池堆安装在钒电池储能系统中测试，测得电压效率80%，库仑效率98%，且无任何电解液泄漏发生。
本发明做出了一体化的双极性电极，一方面与现有技术中采用将2张碳毡紧压在双极板两边得到的双极性电极相比，具有简化装配操作的优点，同时在电池长期使用中，可以减少或避免电池性能衰减的风险。另一方面本发明与其它报道的一体化双极性电极相比，最大的特点是做出了柔性边框10。由于现有的其它一体化双极性电极是将碳毡粘接在面积更大的双极板上，即是简单的碳毡-双极板-碳毡的结构，而没有本发明所指的柔性塑料边框。因对于钒电池等液流电池而言，液流框是必须的电池部件，电解液通过液流框的流道流入和/或流出双极性电极，其中必须解决的问题是液流框和双极板之间的密封，通常采用密封圈等方式密封。而本发明中所提出的柔性边框10，既是一体化双极性电极的结构材料，同时也是装配电池时的密封圈，柔性边框的实施，可以大大简化液流电池的液流密封框的设计，减少或不再使用O-型环，对电池的密封性能、制造成本以及装配工艺都能带来好的效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液流电池用双极性电极，其特征在于：包括设有空腔（20）的柔性边框（10），安装于空腔（20）内的双极板（30），以及通过胶水层（40）粘贴于双极板（30）二侧的碳毡层（50）。
2.根据权利要求1所述的液流电池用双极性电极，其特征在于：所述柔性边框（10）的材料为PVC，所述双极板（30）是以PVC网为支撑骨架的涂胶层；所述柔性边框（10）的厚度为0.1~1mm，所述双极板（30）的厚度为0.1~1mm。
3.根据权利要求1所述的液流电池用双极性电极，其特征在于：所述双极板（30）和二侧胶水层（40）的总厚度为1~3mm。
4.根据权利要求1所述的液流电池用双极性电极，其特征在于：所述碳毡层（50）的厚度为3~6mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的液流电池用双极性电极，其特征在于：所述胶水层（40）为导电胶水，该导电胶水是石墨粉、PVC胶水和万能胶水按照重量比为8：20：1~8:200:20混合后高速搅拌所得，且该石墨粉的规格为325目、800目、1200目或2000目。
6.一种液流电池用双极性电极的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、提供具有空腔（20）的柔性边框（10）；
S2、提供与所述空腔（20）大小一致的双极板（30）；
S3、将所述双极板（30）粘贴于柔性边框（10）的空腔（20）内；
S4、制作导电胶水；
S5、将所述导电胶水涂在所述双极板（30）的二侧，形成胶水层（40）；
S6、提供与所述双极板（30）大小一致的碳毡；
S7、将所述碳毡粘贴在所述双极板（30）二侧的胶水层（40）上，形成碳毡层（50）。
7.根据权利要求6所述的液流电池用双极性电极的制作工艺，其特征在于：所述步骤S1和步骤S2中的柔性边框（10）的材料为PVC，所述双极板（30）是以PVC网为支撑骨架的涂胶层；所述柔性边框（10）的厚度为0.1~1mm，所述双极板（30）的厚度为0.1~1mm。
8.根据权利要求6所述的液流电池用双极性电极的制作工艺，其特征在于：所述步骤S5中双极板（30）和二侧胶水层（40）的总厚度为1~3mm。
9.根据权利要求6所述的液流电池用双极性电极的制作工艺，其特征在于：所述步骤S7中碳毡层（50）的厚度为3~6mm。
10.根据权利要求6-9任一项所述的液流电池用双极性电极的制作工艺，其特征在于：所述步骤S4中的导电胶水是石墨粉、PVC胶水和万能胶水按照重量比为8：20：1~8:200:20混合后高速搅拌所得，且该石墨粉的规格为325目、800目、1200目或2000目。
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